La termoquímica s'encarrega de l'estudi de les modificacions calorífiques que es duen a terme a les reaccions entre dues o més espècies. Es considera com a part essencial de la termodinàmica, que estudia la transformació de la calor i altres tipus d'energia per comprendre la direcció en què es desenvolupen els processos i com varia la seva energia.
Així mateix, és fonamental entendre que la calor involucra el traspàs d'energia tèrmica que es dóna entre dos cossos, quan aquests es troben a temperatures diferents; mentre l'energia tèrmica és la que s'associa a el moviment atzarós que posseeixen els àtoms i molècules.
Germain Hess, creador de la Llei d'Hess, fonamental per a la termoquímica
Per tant, com en gairebé la totalitat de les reaccions químiques es absorbeix o allibera energia per mitjà de calor, és de molta rellevància l'anàlisi dels fenòmens que succeeixen per mitjà de la termoquímica.
Què estudia la termoquímica?
Com es va assenyalar prèviament, la termoquímica estudia els canvis d'energia en forma de calor que es donen en les reaccions químiques o quan ocorren processos que impliquen transformacions físiques.
En aquest sentit, cal aclarir certs conceptes dins del tema per a una major comprensió de la mateixa.
Per exemple, el terme "sistema" es refereix a el segment específic de l'univers que s'està estudiant, entenent per "univers" la consideració de sistema i els seus voltants (tot l'extern a aquest).
Llavors, un sistema generalment consta de les espècies involucrades en les transformacions químiques o físiques que ocorren en les reaccions. Aquests sistemes es poden classificar en tres tipus: obert, tancat i aïllat.
- Un sistema obert és aquell que permet la transferència de matèria i energia (calor) amb els seus voltants.
- En un sistema tancat existeix l'intercanvi d'energia però no de matèria.
- En un sistema aïllat no es presenta el traspàs de matèria ni d'energia en forma de calor. A aquests sistemes també se'ls coneix com "adiabàtics".
Lleis
Les lleis de la termoquímica estan íntimament lligades a la llei de Laplace i Lavoisier, així com a la llei de Hess, les quals són les precursores de la primera llei de la termodinàmica.
El principi exposat pels francesos Antoine Lavoisier (important químic i noble) i Pierre-Simon Laplace (cèlebre matemàtic, físic i astrònom) ressenya que "l'alteració en l'energia que es manifesta en qualsevol transformació física o química té magnitud igual i de sentit contrari a l'alteració en l'energia de la reacció inversa ".
Llei d'Hess
En el mateix ordre d'idees, s'ha de la llei formulada pel químic rus originari de Suïssa, Germain Hess, és una pedra angular per a l'explicació de la termoquímica.
Aquest principi es basa en la seva interpretació de la llei de la conservació de l'energia, que es refereix al fet que l'energia no pot ser creada ni destruïda, només transformada.
La llei de Hess pot ser promulgada d'aquesta manera: "l'entalpia total en una reacció química és la mateixa, tant si la reacció es porta a terme en un sol pas com si succeeix en una seqüència de diversos passos".
L'entalpia total es dóna com la resta entre el sumatori de l'entalpia dels productes menys el sumatori de l'entalpia dels reactants.
En el cas de el canvi en l'entalpia estàndard d'un sistema (en condicions estàndard de 25 ° C i 1 atm), es pot esquematitzar segons la següent reacció:
ΔH reacció = ΣΔH (productes) - ΣΔH (reactants)
Una altra manera d'explicar aquest principi, sabent que el canvi d'entalpia es refereix a el canvi de calor a les reaccions quan aquestes es donen a una pressió constant, és dient que el canvi en l'entalpia neta d'un sistema no depèn de el camí que se segueixi entre l'estat inicial i el final.
Primera llei de la termodinàmica
Aquesta llei està tan intrínsecament enllaçada a la termoquímica que de vegades es confon quina va ser la que va inspirar l'altra; així que, per a donar llums sobre aquesta llei, s'ha de començar dient que també té les seves arrels en el principi de conservació de l'energia.
De manera que la termodinàmica no només té en compte la calor com a forma de transferència d'energia (com la termoquímica), sinó que involucra altres formes d'energia, com és el cas de l'energia interna (U).
Així que la variació en l'energia interna d'un sistema (ΔU) està donat per la diferència entre els seus estats inicial i final (com es va veure en la llei de Hess).
Prenent en consideració que l'energia interna es compon per l'energia cinètica (moviment de les partícules) i l'energia potencial (interaccions entre les partícules) de el mateix sistema, es poden deduir que hi ha altres factors que contribueixen a l'estudi de l'estat i propietats de cada sistema.
aplicacions
La termoquímica té múltiples aplicacions, a continuació s'esmentaran algunes d'aquestes:
- Determinació dels canvis d'energia en determinades reaccions mitjançant l'ús de la calorimetria (mesurament dels canvis de calor en certs sistemes aïllats).
- Deducció dels canvis d'entalpia en un sistema, tot i que aquests no puguin conèixer-se per una mesurament directe.
- Anàlisi de les transferències de calor produïdes experimentalment quan es formen compostos organometàl·lics amb metalls de transició.
- Estudi de les transformacions d'energia (en forma de calor) donades en compostos de coordinació de poliamines amb metalls.
- Determinació de les entalpies de l'enllaç metall-oxigen de β-dicetones i β-dicetonatos units a metalls.
Així com en les aplicacions anteriors, la termoquímica es pot emprar per determinar una gran quantitat de paràmetres associats a altres tipus d'energia o funcions d'estat, que són les que defineixen l'estat d'un sistema en un moment determinat.
La termoquímica també és utilitzada en l'estudi de diversos pisos de compostos, com en la calorimetria de titulació.
referències
- Wikipedia. (Sf). Thermochemistry. Recuperat de en.wikipedia.org
- Chang, R. (2007). Chemistry, Ninth edition. Mèxic: McGraw-Hill.
- LibreTexts. (Sf). Thermochemistry - A Review. Obtingut de chem.libretexts.org
- Tyagi, P. (2006). Thermochemistry. Recuperat de books.google.co.ve
- Rierol, MA (2012). Thermochemistry and its Applications to Chemical and Biochemical Systems. Obtingut de books.google.co.ve
- Singh, NB, Das, SS, i Singh, AK (2009). Physical Chemistry, Volume 2. Recuperat de books.google.co.ve